성균관대학교 생명과학과 윤환수 교수 연구팀이 해양홍조식물의 새로운 광합성색소복합체를 발견했습니다. 연구팀은 단세포성 해양홍조류 피떡말(Porphyridium purpureum)의 유전체를 해독해 색소복합체 유전자와 색소복합체 구조를 지탱하는 연결단백질(linker protein)을 새롭게 발견했다고 합니다. 이 연구는 <Nature Communications>에 게재됐습니다. 

시아노박테리아에서 기원

원생생물은 크게 식물적 특징을 가진 조류와 동물적 특징을 가진 원생동물 그리고 균류의 특징을 가진 점균류와 물곰팡이류로 나뉩니다. 조류는 엽록소가 있어 광합성을 할 수 있는 독립 영양 생물군인데요. 조류는 분류군이 가진 엽록소의 종류에 따라 녹조류, 유글레나류, 쌍편모조류, 갈조류, 규조류, 홍조류 등으로 분류합니다.

해양 홍조류는 광수용체인 '피코빌리솜(phycobilisome)'이라는 특이적인 색소복합체에서 빛을 흡수해 광합성을 수행합니다. 피코빌리솜은 육상식물보다 훨씬 다양한 파장대의 빛을 흡수합니다. 이러한 특징 때문에 피코빌리솜은 해양의 광범위한 수심에서도 광합성을 안정적으로 수행할 수 있게 해주는데요. 중요한 빛 흡수 기관이라고 할 수 있죠. 홍조류의 피코빌리솜 광수용체는 광합성을 하는 시아노박테리아에서 기원했습니다. 하지만 시아노박테이라보다 피코빌리솜 광수용체는 구조적으로 복잡하게 분화돼 효과적인 광합성을 수행하도록 진화했죠.

해양홍조류 피떡말, 유전체 해독해봤더니

이전까지는 어떻게 홍조류에서 복잡한 피코빌리솜 구조를 만들 수 있는지 밝혀지지 않았습니다. 연구팀은  이를 밝히기 위해 홍조류 피떡말(Porphyridium purpureum)의 유전체를 해독했는데요. 해독한 홍조류 피떡말의 유전체에서 구조적 안전성을 지탱하는 피코빌리솜 연결단백질을 새롭게 발견했습니다.

홍조류는 분화된 특이적인 피코빌리솜에다가 다양한 색소단백질들을 적재해 광합성을 효과적으로 수행하도록 진화한 것으로 추정됩니다. 본 연구는 어떻게 홍조류가 다양한 해양환경에서 광범위한 광 스펙트럼을 이용해 진화했는지에 관해 중요한 단서를 제공합니다. 

이번 연구를 주도한 윤환수 교수는 "해양생물 유전체연구는 우리나라가 세계적 수준에 있는 분야로 이를 더욱 선도하기 위해서는 지속적인 지원이 뒷받침돼야 할 것"이라고 말했습니다.

##참고자료##

• JunMo Lee, Dongseok Kim, Debashish Bhattacharya & Hwan Su Yoon; Expansion of phycobilisome linker gene families in mesophilic red algae. Nature Communications volume 10, Article number: 4823 (2019).
• 배미정, 오현선, 나경석 <내 옆의 선생님 완자 - 생명과학II> 

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